بارش به عنوان مهم ترین متغیر در چرخه ی هیدرولوژیکی تأمین کننده ی آب، نقش مهمی در تداوم حیات سیاره ی زمین ایفا می کند. پایداری اکوسیستم های مختلف گیاهی و جانوری در حوضه ی آبریز جازموریان وابستگی بسیار زیادی به مقدار بارش دارد. تغییرپذیری بالای بارش، تاب آوری این حوضه را با چالشی جدی روبرو نموده است. با توجه به کمبود ایستگاه های زمینی و پراکنش نامناسب آن ها در این حوضه، در تحقیق حاضر به واکاوی تغییرات زمانی فضایی بارش طی دوره ی (2019-2001) با استفاده از داده های ماهواره ی سنجش جهانی بارش (GPM) پرداخته شد. در ابتدا داده های بارش مورد نیاز با تفکیک فضایی 1/0 × 1/0 درجه و تفکیک زمانی ماهانه، فصلی و سالانه فراهم گردید. پس از انجام پیش پردازش های لازم در محیط نرم افزارهای گرافیکی و آماری، با استفاده از روش های زمین آماری نرم افزار GIS به پهنه بندی توزیع فضایی بارش اقدام و در نهایت به تفسیر خروجی های مربوطه پرداخته شد. براساس نتایج، توزیع فضایی بارش حوضه ی آبریز جازموریان در دوره ی آماری مورد مطالعه از 232-83 میلی متر متغیر بوده است. بیشینه ی بارش در بخش های شمالی و غربی و کمینه ی آن در نواحی مرکزی و شرقی حوضه رخ داده است. به لحاظ توزیع فصلی، مقدار بارش در زمستان 73، بهار 47، تابستان 12 و پاییز نیز 12 میلی متر برآورد گردید. واکاوی بارش ماهانه نیز بیان گر رخداد بیش ترین مقدار بارش در ماه های مارس (33 میلی متر) و فوریه (32 میلی متر) و کم ترین آن در ماه های سپتامبر (1 میلی متر) و می، ژوئن و اکتبر (3 میلی متر) است. به طور کلی، نتایج حاکی از تغییر پذیری بالای بارش و حاکمیت شرایط خشک در حوضه ی آبریز جازموریان است.

تخمین مکانی دقیق بارندگی اهمیت زیادی در شبیه سازی های هیدرولوژیکی دارد. علیرغم توسعه شبکه ایستگاه های باران سنجی خودکار در سال های اخیر، دستیابی به داده های قابل اعتماد بارش در مناطق فاقد داده هنوز یک چالش بزرگ است. هدف از این تحقیق ارزیابی دقت محصولات بارش ماهواره ای GPM در استان مازندران می باشد. در این راستا دقت محصولات بارش ماهواره ای با روش های درون یابی وزنی عکس فاصله و کریجینگ مقایسه شد. برای این منظور از داده های 21 ایستگاه هواشناسی و 24 تصویر ماهانه و 2 تصویر سالانه ماهواره GPM در سال های 2016 و 2018 استفاده شد. ارزیابی روش ها با استفاده از شاخص های میانگین مربعات خطا، خطای اریب، میانگین مطلق درصد خطا انجام شد. همچنین نقشه های هم بارش سالانه استان نیز برای دو سال 2016 و 2018 ترسیم و تحلیل شد. نتایج نشان داد که، محصولات بارش ماهواره GPM دارای خطای اریبی بالایی بوده بطوریکه میزان بیش برآوردی/کم برآوردی این ماهواره به بیش از 140 میلی متر در سال می رسد. البته روش های درون یابی کریجینگ و وزنی عکس فاصله نیز دارای خطای قابل توجهی بوده و تشخیص دقیقی از حلقه های کم بارش و پربارش استان ندارند. بررسی و ارزیابی امکان ترکیب محصولات بارش ماهواره های مورد نظر با متغیرهای طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع در غالب معادلات گرادیان 4 بعدی نیز، نشان داد روش ترکیبی Grad-GPM باعث افزایش دقت قابل توجه تخمین فضایی بارش شده و خطای روش های درون یابی و ماهواره GPM را حدود 25 تا 40 درصد کاهش داد. بعلاوه بررسی نقشه های هم بارش نیز بیانگر افزایش دقت روش های ترکیبی نسبت به سایر روش ها است.

سنجش از دور به عنوان ابزاری قدرتمند در علم هواشناسی قادر است خلأها و شکاف های موجود در اندازه گیری های زمینی را پوشش داده و بستری یک پارچه برای تحلیل های مکانی فراهم نماید، اما با توجه به نتایج متفاوت به دست آمده، از دقت و عملکرد سنجنده ها در مناطق مختلف، ضروری است نسبت به ارزیابی و اعتبارسنجی محصولات آن ها در هر محدوده به طور مستقل اقدام شود. این مطالعه عملکرد بارندگی روزانه محصولات TRMM، GPM، ERA5 و PERSIANN را در استان خراسان رضوی، در مقابل مشاهدات 19 باران سنج ثبات وزارت نیرو برای سه سال خشک، متوسط و مرطوب ارزیابی می کند. دراین راستا برای استخراج داده های بارش روزانه از چهار پایگاه داده فوق، تعداد 113, 880 تصویر فراخوانی شد، هم چنین، برای ارزیابی دقت از شاخص های آماری CC، RMSE و PBias و برای تشخیص توان عملکرد، از ضریب کلین گوپتا (KGE) و شاخص توافق (d)، در مقیاس ایستگاهی و منطقه ای استفاده شد. از شاخص های طبقه بندی POD، FAR و CSI نیز برای ارزیابی دقت داده های ارائه شده در تشخیص روزهای همراه با پدیده بارش، استفاده و اثر ارتفاع بر تغییرات پارامترهای فوق ارزیابی شد. نتایج نشان داد که در مقیاس ایستگاهی، مقادیر بارش روزانه پایگاه داده ERA5 با مقادیر 68/0CC≤ ≥2/0، 7/3RMSE≤≥2 و شاخص های عملکرد 26/0KGE≥ و 68/0d≥ نسبت به سایر محصولات، دارای دقت و عملکرد بهتری است. در خصوص معیار های طبقه بندی، ERA5، دارای POD و CSI به ترتیب بالاتر از 68/0 و 3/0 است و TRMM تنها در شاخص FAR دارای برتری نسبی است. افزایش ارتفاع تأثیر متفاوت بر شاخص های آماری و عملکردی محصولات مورد ارزیابی داشته و از روند ثابتی تبعیت نمی کند. در مجموع می توان نتیجه گرفت که از داده های بارش روزانه ERA5 در تحلیل های آب و هواشناسی و مدل های هیدرولوژیکی که زمان واقعی در انجام مطالعات برای آن ها ضرورت ندارد، در این منطقه می توان استفاده نمود.

در چند دهه اخیر داده های بارش ماهواره ای و تحلیلی منتج از مدل مورد توجه دانشمندان علم هیدرولوژی و دیگر رشته ها قرار گرفته است. هدف از این پژوهش، مقایسه کمی محصولات بارش MERRA و ماهواره GPM با ایستگاه های زمینی به عنوان داده مرجع در حوضه کشف رود است. مسئله مهم در مورد این داده ها دقت و اندازه پیکسل آنها است. ماهواره GPM در تاریخ 28 فوریه 2014 به فضا پرتاب شده و تاکنون مطالعه ای در ایران درباره آن انجام نشده و در سایر نقاط جهان بندرت انجام گرفته است. این تحقیق قصد دارد تا به ارزیابی داده های بارش GPM و MERRA در مقایسه با داده های 34 ایستگاه باران سنجی حوضه مذکور برای اعتبار سنجی دقت داده های بارش ماهواره ای بپردازد. برای مقایسه در مقیاس مکانی از دو روش مقایسه حوضه ای و ایستگاهی و همچنین قیاس زمانی روزانه و ماهانه استفاده گردید. برای اعتبارسنجی از معیارهای آماری RMSE، MAE، CC، BIAS، FAR، POD و CSI استفاده شد. نتایج نشان داد که، به طور کلی داده بارش روزانه HQ متعلق به ماهواره GPM دقت بالاتری از داده MERRA در منطقه مورد مطالعه داشته و مطابقت خوبی با داده های زمینی دارد و می تواند توزیع مکانی و زمانی بارندگی در سطح حوضه را نشان دهد. در مقابل، داده های MERRA در مقایسه زمانی ماهانه دقت بالاتری نسبت به داده GPM داشت. میزان RMSE برای داده MERRA در مقیاس روزانه در سطح ایستگاه و حوضه به ترتیب برابر 6/3 و 84/2 و در مقیاس ماهانه برابر 8/2و 74/1 است. همچنین میزان RMSE برای داده HQ در سطح ایستگاه حوضه در دوره روزانه برابر 78/1 و 72/1 و در دوره ماهانه برابر 07/6 و 46/6 است.

امروزه داده های بارش ماهواره ای با قدرت تفکیک مکانی و زمانی بالا، یک منبع جایگزین مناسب برای انجام مطالعات مختلف اقلیمی و هیدرولوژیکی در مناطق فاقد آمار و مناطق با عدم توزیع یکنواخت ایستگاه ها است. استفاده از این داده ها با شرط داشتن دقت کافی، برای کشور ایران که بسیاری از قسمت های آن به ویژه مناطق بیابانی و کوهستانی به دلیل تراکم پایین ایستگاه ها، طول دوره آماری کوتاه ایستگاه های جدید و غیره، همواره با مشکلات دسترسی به اطلاعات مکانی و زمانی اقلیم مواجه می باشند، از اهمیت زیادی برخوردار است. از این رو، هدف اصلی تحقیق حاضر ارزیابی دقت داده های بارش GPM و TRMM در مقابل داده های ثبت شده ایستگاه های منتخب در سطح ایران است. برای رسیدن به این منظور، از روش های سنجش از دوری و آماری استفاده شد. داده های مورد استفاده شامل داده های بارش روزانه 70 ایستگاه هم دیدی منتخب و داده های شبکه بندی شده بارش GPM و TRMM با قدرت تفکیک مکانی 0. 25×0. 25 درجه جغرافیایی طی دوره زمانی 2016-2014 است. نتایج به دست آمده نشان داد که در حالت کلی مقادیر بارش روزانه سنجنده های نام برده شده از دقت مناسبی در سطح ایران برخوردار نیستند و میزان خطای بارش برآوردی برای بیشتر ایستگاه ها قابل توجه است. مقایسه دقت سنجنده های TRMM و GPM در برابر داده های مشاهده ای نشان داد که هر چند شباهت زیادی بین مقادیر بارش برآوردی GPM و TRMM وجود دارد، ولی دقت داده های روزانه سنجنده GPM در سطح ایران نسبت به داده های TRMM بیشتر است. زیرا مقدار ضریب تعیین برای داده های بارش TRMM در بهترین حالت به 0. 46 و برای GPM به 0. 6 می رسد. از نظر مکانی، بهترین دقت پایگاه داده های سنجش ازدوری GPM و TRMM در غرب کشور و به ویژه در امتداد کوه های زاگرس است و همانند بسیاری از پایگاه داده های دیگر کمترین دقت در نواحی ساحلی و به ویژه سواحل دریای خزر مشاهده می شود. بررسی و مقایسه مجموع بارش سالانه ایستگاه ها و پایگاه داده های دورسنجی نشان داد که نه تنها بین مقادیر بارش برآوردی بلکه از نظر مکانی نیز بین هسته های پر بارش و کم بارش اختلاف وجود دارد.

این تحقیق باهدف ارزیابی و مقایسه مقادیر بارندگی برآورده شده ماهواره هواشناسی GPM با ایستگاه های زمینی و با استفاده از آزمون نا پارامتری کلموگروف-اسمیرنوف دونمونه ای در حوزه آبخیزگرگانرود استان گلستان انجام شد. در این پژوهش به دلیل شروع به کار ماهواره GPM از سال 2014 و همچنین عدم دسترسی به داده های زمینی به روز، از آمار بارندگی 16 ایستگاه هواشناسی موجود در منطقه موردمطالعه، به عنوان داده های مرجع با دوره آماری 20/3/2014-20/3/2016 و از داده های بارندگی روزانه ماهواره GPM با تفکیک مکانی 1/0 درجه استفاده شد. تجزیه وتحلیل داده ها در محیط نرم افزار متلب و با استفاده از تابع توزیع تجمعی تجربی انجام گردید. نتایج نشان داد که ازلحاظ آماری در ایستگاه های باغ سالیان، دشت شاد، قوچمز، حق الخواجه، زرینگل مقادیر P-value از سطح معنی داری α بالاتر بوده و به ترتیب برابر با 83/0، 36/0، 11/0، 95/0، 33/0 است. یعنی اختلاف بین داده های بارش ماهواره ای با مشاهدات ایستگاه زمینی معنی دار نیست. نتایج حاصل از بررسی مقادیر P-value مربوط به مقایسه آمار روزانه ایستگاه های باران سنجی با داده های ماهواره GPM، نشان داد که این آماره با مقدار 95/0، بالاترین میزان مطابقت داده های GPM با داده های مشاهده ای را در ایستگاه حق الخواجه نشان داده و کمترین میزان مطابقت با مقدار 001/0 مربوط به ایستگاه شیرآباد می باشد. بنابراین، برای بهبود محصولات ماهوارهGPM، به ویژه در مدیریت منابع آب ازجمله مدیریت سیلاب در مناطق مختلف با توزیع گسترده فضایی و تغییرات زمانی بارش، باید واسنجی محصولات بارش ماهواره ای در دستور کار قرار گیرد تا دقت آن ها در اندازه گیری بارش روزانه بهبود یابد. آزمون کلموگروف-اسمیرنوف برای اولین بار برای بررسی انطباق داده های روزانه ماهواره GPM با داده های مشاهداتی انجام و مشخص گردید در همه ی ایستگاه هایی که فرض H0 پذیرفته شده است، مطابقت نسبی بین داده های ماهواره ای با داده های مشاهده شده ایستگاه های زمینی وجود دارد.

چکیدهتغییر در رفتار پدیده های بارشی از مهمترین جنبه های تغییرات آب و هوایی جهانی محسوب می شود که با پیامدهای قابل توجهی برای جامعه انسانی و محیط زیست همراه است. پایش و اندازه گیری های مؤثر رویدادهای بارشی شدید برای درک ماهیت اساسی پدیده های شدید آب و هوایی و ارزیابی تغییرات آینده از اهمیت ویژه ای برخودار است. در این مطالعه، توانایی های انجام اندازه گیری بارش جهانی (GPM) با داده های ایستگاه های زمینی برای شناسایی بارش های شدید روزانه (بارش های 25 میلی متر به بالا) در یک دوره 8 ساله (2021-2014) در 20 ایستگاه سینوپتیک عملی گردید. برای مقایسه و ارزیابی بین داده های مشاهده ای و ماهواره ای از آماره هایی نظیر، ضریب تعیین (R2)، ضریب همبستگی (R) و مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)،... استفاده شد. مقایسه نقشه های حاصل از ماهواره GPM و ایستگاه های زمینی نشان داد که توزیع فضایی بارش حاصل از دو پایگاه داده مشابه هم بوده و نواحی کم بارش و پربارش منطبق بر یکدیگر هستند. در واقع ماهواره GPM پهنه های بارشی را به خوبی تشخیص داده است به طوری که ضریب همبستگی مکانی بین بارش ماهواره GPM و مشاهده شده 81/0 می باشد. نتایج آزمون ANOVA بین میانگین بارش های زمینی و ماهواره GPM نشان داد که با توجه به سطح معنی داری پایین p-value به مقدار 000/0 فرض یکسان بودن میانگین بارش بین دو پایگاه داده رد می شود و نتیجه این که اختلاف و ارتباط معنی داری بین میانگین بارش در ایستگاه های زمینی و ماهواره ای وجود دارد. همچنین نتایج آزمون کلموگراف- اسمیرنوف نشان داد که با توجه به اینکه p-value حاصل شده (819/0) عددی بالاتر از مقدار خطای آزمون (05/0) است، بنابراین فرض صفر مبنی بر برابری مقادیر بارش ثبت شده در ایستگاه های زمینی و مدلسازی شده یکسان بوده و فرض صفر تایید می شود.

یکی از مهم ترین مشکلات پژوهشگران در مطالعات جوی و هیدرولوژیکی، نداشتن داده های به روز و طولانی مدت با دقت مناسب است. در بسیاری از مناطق کوهستانی و بیابانی، ایستگاه های سینوپتیک و باران سنجی با فاصله مناسب توزیع نشده اند. لذا استفاده از داده های بارش ثبت شده توسط ماهواره ها می تواند مکمل مناسبی برای رفع کمبود این نوع از داده باشد. هدف پژوهش حاضر، ارزیابی صحت داده های ماهواره ای در مقابل داده های مشاهداتی است. در این پژوهش تصاویر بارش روزانه ثبت شده توسط سنجنده GPM با قدرت تفکیک 1/0× 1/0 درجه در غرب میانه ایران برای 1390 روز در بازه زمانی 12/3/2014 تا 31/1/2016 مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، از داده های بارش روزانه 31 ایستگاه سینوپتیک به عنوان داده مشاهداتی و برای ارزیابی داده ها از شاخص های آماری R2، EF، IA، slope، bias، Rmse، استفاده شده است. نتایج نشان داد که در مجموع بارش روزانه حاصل از سنجنده GPM در غرب میانه ایران از دقت مناسبی برخوردار نیست. بر اساس ضریب تعیین بیش از 77 درصد ایستگاه مقدار ضریب تعیین کمتر از 5/0 دارند و تنها برای 7 ایستگاه، مقدار ضریب تعیین به 5/0 و بیشتر می رسد که در بهترین حالت برای ایستگاه نورآباد لرستان مقدار این شاخص 57/0 است. نتایج سایر شاخص ها نیز بیانگر دقت پایین و انحراف بالای مقادیر بارش روزانه این سنجنده در مقابل بارش مشاهداتی است. مقایسه مجموع بارش برآورد شده سنجنده GPM در مقابل مجموع بارش هر ایستگاه نشان داد هرچند این سنجنده نمی تواند مقدار دقیق و مناسبی از بارش روزانه منطقه غرب ایران را برآورد کند، باوجود این، رفتار مکانی بارش غرب ایران را در حالت کلی به خوبی نشان می دهد و این شرایط بیانگر دقت بیشتر این سنجنده در مقیاس های زمانی بالاتر (ماه، سال) است.

بارندگی مهم ترین عاملی است که در چرخة هیدرولوژی، دخالت مستقیم دارد. به دست آوردن اطلاعات دقیق بارش، برای تحلیل پدیده های گوناگون هیدرولوژیکی و تغییرات اقلیمی، امری ضروری است. هدف از این تحقیق بررسی میزان دقت داده های بارش دو ماهوارة GPM با محصول IMERG وTRMM با محصول 3B42، در چهار ایستگاه سینوپتیک شهر تهران در مقیاس روزانه، ماهیانه و فصلی است. در مقایسة تطبیقی بین داده های ماهواره ای و داده های مشاهده ای بارش ضریب همبستگی (R)، میزان انحراف نسبی (Bias)، خطای قدر مطلق میانگین (MAE)، میانگین مربعات خطا (RMSE) به منظور ارزیابی و واسنجی داده ها، و مقادیر احتمال تشخیص (POD) و نسبت هشدار اشتباه (FAR) و شاخص موفقیت (CSI) با هدف راستی آزمایی داده ها، بررسی شد. مقادیر Bias، MAE و RMSE تأیید کرد که هر دو محصول 3B42 و IMERG، در ایستگاه شمیران، کمترین میزان خطا را با داده های مشاهده ای دارند. همچنین، در ارزیابی محصول IMERG با مقادیر بارش ایستگاه شمیران، میزان همبستگی در این ایستگاه در مقیاس روزانه، ماهیانه و فصلی، به ترتیب 57%، 83% و 87% مشخص شد. به طورکلی می توان گفت، با توجه به تکنولوژی برتر IMERG دقت بالایی دارد و ابزار خوبی برای پیش بینی های هیدرولوژیکی است.